专利名称：具有故障自定位与自诊断功能的数据采集器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及数据采集领域，特别是涉及一种具有故障自定位与自诊断功能的 数据采集器。
背景技术：
节能减排是我国的基本国策，社会各界对节能降耗工作都非常重视。随着人们节 能意识的进一步加深，大家意识到除了高投入的设备节能外，还可以通过投入较低的管理 手段，约束各类人员的用能行为来实现节能的目标。作为管理节能的第一步，就是要解决能 耗的计量问题，这样才能为管理节能提供数据支持。现有末端能耗计量设备及其生成厂家 都非常多，但大部分是基于通用的工控数据采集器实现对计量数据的采集，以目前市场占 有率较高的一款数据采集器产品为例，该产品规格为CPU 主频为IGHz的赛扬M处理器，集成有256/512MB DDR内存VGA/键盘/鼠标DB-15VGA接口(CRT显示器)，PS/2键盘和鼠标串口 2 个 RS-232 和 2 个 RS232/422/48OTB-9 端 口以太网接口 2 个 10/100BASE-T RJ-45 端口USB 接口 2 个 USB 端 口PC/104 2 个 PC/104 扩展端 口LED指示灯1 个电源指示灯、lflDE(Integrated Develop Environment，集成开 发环境)指示灯、1个RAM电池备份报警指示灯由以上配置可以看出，通用数据采集器配置有多类通用通讯端口，可实现从不同 的末端能耗计量设备采集数据并上传上位服务器的目标，但这样的结构特点，决定了应用 在能耗计量领域时有其不可克服的缺点。下面以建筑行业为例，说明现有能耗数据采集方 案及其存在的问题。在建筑领域中，一般情况下，每个建筑中大致会有50 60条需要进行采集的回 路，多数回路的通讯协议是不一样的，但绝大多数建筑能耗末端计量设备(例如市面上的 大部分电表、水表、煤气表等)均提供RS-485的通讯接口，接口协议单一，并不需要大量无 用的通用通讯端口。数据采集过程中一般做法是将这些末端计量设备以总线型结构形式连 接到通用数据采集器的RS-485接口上，从而可将末端计量设备的数据采集出来，并上传至 与数据采集器通过以太网接口连接的上位服务器上。但是，基于这种连接方式，当出现数据 采集异常时，无法直接定位哪个末端计量设备出现了故障；其次，通用数据采集器不支持本 地解析末端计量设备所采集到的数据，这些数据只能从上位服务器读取；为节省工程布线 成本，一般建筑中将数据采集器安装在末端计量设备相对集中的配电室，而上位服务器安 装在管理方便的中控室，两者距离较远，因此，在设备安装时、或设备投入运行后出现故障 时，需要两地调试；第三，通用数据采集器只有电源、IDE、电池备份报警三种指示灯，对于数 据采集过程中最容易出现的通讯故障、数据存储故障、时间不一致故障等无法自诊断；而建 筑能耗末端计量设备一般由大楼物业管理人员进行管理维护，不具备故障自诊断功能的数据采集器需要专业人员通过专业设备，或访问内置的配置软件进行维护及调试，物业人员 很难掌握这种调试手段，当出现数据采集异常或设备发生故障时，需要求助厂家专业技术 人员现场维护，维护成本较高；另外，数据采集器的多数通用通讯端口在能耗计量环境中无 法应用，会导致设备成本增加、设备工作效率降低。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种具有故障自定位与自诊断功能的数 据采集器，可解决现有数据采集器具有大量无用的通用接口、无法直接定位故障、需要两地 调试、以及由此导致的采集器成本、维护费用较高的问题。为了解决上述问题，本实用新型公开了一种具有故障自定位与自诊断功能的数据 采集器，包括电源、电源指示灯、数据控制单元、存储器、存储器指示灯、网络通讯接口和计 量设备连接端口，其中数据采集器通过计量设备连接端口与末端计量设备连接，通过网络 通讯接口与上位服务器连接；数据控制单元通过计量设备连接端口从末端计量设备采集计 量数据，存储至存储器，并通过网络通讯接口上传至所述上位服务器；网络通讯接口配置 有网络连接指示灯和网络通讯指示灯，用于显示数据采集器与上位服务器的连接和通讯状 态；计量设备连接端口配置有计量设备连接指示灯和计量数据传输指示灯，用于显示数据 采集器与末端计量设备的连接和通讯状态。优选的，上述计量设备连接端口为16路EIA-485端口，波特率范围为1200bps 115200bps ；每个EIA-485端口仅与一个末端计量设备连接。优选的，上述数据采集器还包括数据解析服务单元，用于依据客户端的请求查询 并解析保存在存储器中的计量数据，其中，客户端通过网络通讯接口与数据采集器连接。优选的，上述数据采集器还包括电池、时间校验单元和时间校验指示灯，其中电 池用于在数据采集器与上位服务器出现网络中断，或数据采集器的电源出现故障时，保证 数据采集器与上位服务器的内部时间一致；时间校验单元用于比较数据采集器与上位服务 器的内部时间，以保证数据采集器与上位服务器的内部时间一致；时间校验指示灯用于显 示时间校验单元的工作状态。优选的，上述数据采集器还包括心跳包和心跳数据指示灯，心跳包按预定的时间 周期向上位服务器发送心跳数据，以保障与上位服务器的长连接；心跳数据指示灯用于显 示心跳包的工作状态。优选的，上述数据采集器还包括断点续传单元，用于记录数据控制单元向上位服 务器上传数据时的状态，并在数据传输过程中发生网络中断时，可在网络恢复后接续上传 数据的过程。优选的，上述指示灯为发光二极管，其中电源指示灯在电源正常工作时处于点亮 状态；存储器指示灯在正常写入或读取数据时处于闪烁状态；网络连接指示灯和计量设备 连接指示灯在连接正常时处于点亮状态；网络通讯指示灯和计量数据传输指示灯在数据传 输时处于闪烁状态；心跳数据指示灯在心跳包发送心跳数据时处于闪烁状态；时间校验指 示灯在数据采集器与上位服务器的内部时间一致时处于点亮状态。优选的，上述存储器为NOR闪存或NAND闪存。 优选的，上述网络通讯接口为以太网接口。
4[0022]优选的，上述数据采集器还包括采集器调试端口，通过该采集器调试端口，可采用 专业设备或访问内置的配置软件维护或调试数据采集器。与现有技术相比，本实用新型具有以下优点本实用新型通过设置多个计量设备通讯接口，可保证每个通讯接口只连接一台末 端计量设备，将现有技术的总线型网络拓扑方式改为星型拓扑方式；另外，为每个通讯接口 设置连接/通讯双指示灯，方便判断此条计量回路上现行的工作状态，当某一条计量回路 出现故障，可直观地通过指示灯定位故障回路，从而有针对性的进行回路检查。通过设置电源指示灯、存储器指示灯、时间校验指示灯、心跳数据指示灯、网络连 接/通讯指示灯等，可对设备运行故障进行自诊断，非专业人员针对故障指示灯的显示情 况即可进行故障诊断，或将上述显示情况报告专业技术人员，以进行电话支持解决故障，从 而大大降低了后期维护成本，提高运行维护效率。本实用新型数据采集器支持本地解析从计量设备所采集到的计量数据，可与处于 本地的末端计量设备读数进行比较，从而解决现有技术必须两地调试的问题，节省设备调 试时间及人力成本。本实用新型针对能耗数据采集特点，去除通用工控接口，只保留能耗数据采集常 用接口，可节约设备的成本，提高工作效率，增加设备的性价比。
图1是本实用新型具有故障自定位与自诊断功能的数据采集器第一实施例的结 构框图；图2是本实用新型具有故障自定位与自诊断功能的数据采集器第二实施例的结 构框图；图3是本实用新型利用具有故障自定位与自诊断功能的数据采集器进行故障定 位的方法实施例流程图。
具体实施方式
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，
以下结合附图和具 体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。本实用新型的核心构思之一在于，减除现有数据采集器中多余的接口模块，增加 RS-485接口的数量，使每个RS-485接口仅与一个末端计量设备连接，并为每个RS-485接口 设置1个连接指示灯和1个通讯指示灯，从而在末端计量设备或线路出现故障时，能迅速定 位出现故障的设备。参照图1，示出了本实用新型具有故障自定位与自诊断功能的数据采集器第一实 施例的结构框图，具体包括以下单元计量设备连接端口 11 用于建立数据采集器与末端计量设备的连接；为了方便判 断数据采集器与末端计量设备的连接和通讯状态，计量设备连接端口 11配置有计量设备 连接指示灯111和计量数据传输指示灯112 ；其中，计量设备连接指示灯111和计量数据传 输指示灯112为发光二极管(LED，LightEmitting Diode)，当计量设备连接指示灯111处于 点亮状态时，表明数据采集器与末端计量设备的连接正常；当计量数据传输指示灯112处于闪烁状态时，表明数据采集器从末端计量设备采集数据处于正常状态；如果连接指示灯 111没有点亮或数据传输指示灯112没有闪烁，则可检查相应的连接线或末端计量设备的 工作状态，从而快速排除相应的故障。数据控制单元12 用于通过计量设备连接端口 11从末端计量设备采集计量数据， 并将上述计量数据存储至所述存储器14，以及，通过网络通讯接口 13将上述计量数据上传 至上位服务器。网络通讯接口 13 用于建立数据采集器与上位服务器的连接；为方便判断数据采 集器与上位服务器的连接和通讯状态，网络通讯接口 13配置有网络连接指示灯131和网络 通讯指示灯132，当网络连接指示灯131处于点亮状态时，表明数据采集器与上位服务器的 连接正常，或数据采集器与本地的局域网连接正常；当网络通讯指示灯132处于闪烁状态 时，表明数据采集器与上位服务器之间数据传输正常；如果连接指示灯131没有点亮或网 络通讯指示灯132没有闪烁，则可检查相应的网络连接线或局域网之间的连接状态，从而 快速排除相应的故障；其中，网络通讯接口 13为以太网接口，优选采用10/100BASE-TRJ-45 接口。存储器14 用于保存数据控制单元12从末端计量设备采集到的计量数据；为方 便检查存储器14的工作状态，数据采集器设置有存储器指示灯141 ；当向存储器14写入数 据，或对存储器14中的数据进行读取、修改或删除等操作时，存储器指示灯141处于闪烁状 态；其中，存储器14可以为NAND闪存或Nor闪存；当存储器14要求的容量不超过4GB时， 优选采用功耗更低、重量更轻和性能更佳的NAND闪存或NOR闪存。电源15 用于为数据采集器的所有元器件供电；为方便检查数据采集器是否处于 工作状态，数据采集器设置有电源指示灯151，当电源15处于正常供电状态时，电源指示灯 151 一直处于点亮状态。本实用新型实施例针对能耗数据采集的特点，不设置通用的工控通讯接口，只保 留计量设备连接端口 11，可节约设备的成本，增加设备的性价比；另外，还可因数据采集器 不需要管理多余的通讯接口而提高工作效率。参照图2，示出了本实用新型具有故障自定位与自诊断功能的数据采集器第二实 施例的结构框图，包括以下单元电源25 用于为数据采集器的所有元器件供电；其中，数据采集器还为电源25配 置有电源指示灯251，以方便检查电源25的工作状态。NAND闪存24 用于保存数据控制单元22从末端计量设备采集到的计量数据；其 中，为方便检查存储器24的工作状态，数据采集器还为存储器24配置有存储器指示灯241 ； 当然，NAND闪存24也可以用NOR闪存代替，本优选实施例采用NAND闪存的目的在于使存 储器的功耗更低、重量更轻、性能更佳。16路EIA-485端口模块21 具体包括16个EIA-485端口(端口 1 端口 16)， 以及为每个端口配置的计量设备连接指示灯(111L、112L、。。。和11FL)和计量数据传输指 示灯(111D、112D、。。。和11FD)，用于建立数据采集器与末端计量设备的连接。其中，16路 485端口采用星型布线，多个末端计量设备同时接入，不存在末端计量设备之间寻址及冲突 处理和可变波特率等问题，大大提高计量数据采集的实时性；另外，为每个通讯接口设置的 连接/通讯双指示灯，可方便判断每条计量回路的现行工作状态，当某一条计量回路出现
6故障时，可直观地通过指示灯定位故障回路，从而有针对性的进行回路检查。当然，16路 EIA-485端口模块21也可以采用其他配置的模块(如8路RS-485端口模块)，还可以在数 据采集器中同时配置多个模块。另外，16路EIA-485端口模块21的端口波特率可根据末端 计量设备的通讯波特率进行调节，波特率可调节范围为1200bps 115200bps。数据控制单元22 用于通过EIA-485端口从末端计量设备采集计量数据，并将上 述计量数据存储至NAND闪存24，以及，通过lO/lOOBase-T RJ-45接口 23将上述计量数据 上传至上位服务器。10/100Base-T RJ-45接口 23 用于建立数据采集器与上位服务器的连接；其中， 数据采集器还为lO/lOOBase-T RJ-45接口 23配置有网络连接指示灯231和网络通讯指示 灯232，当连接指示灯231没有点亮或网络通讯指示灯232没有闪烁时，提醒相关人员检查 相应的网络连接线或局域网之间的连接状态，从而快速排除相应的故障。数据解析服务单元26 用于依据通过lO/lOOBase-T RJ-45接口 23与数据采集器 连接的客户端的请求，查询并解析保存在NAND闪存24中的计量数据；其中，数据解析服务 单元26优选采用Web应用服务器(Web Server)，客户端只需安装普通浏览器(如IE浏览 器)即可。客户端从数据采集器获取计量数据后，可与处于本地的末端计量设备读数进行 比较，从而解决现有数据采集器因不能解析计量数据而必须两地调试的问题，节省设备调 试时间及人力成本；另外，客户端基于数据解析服务单元26读取计量数据，可使数据采集 器本身不必设置显示装置(如液晶显示屏)，可进一步降低产品的成本。时间校验单元27 用于比较数据采集器与上位服务器的内部时间，以保证数据采 集器与上位服务器的内部时间一致；其中，为了显示时间校验单元27的工作状态，数据采 集器还设置有时间校验指示灯271，当时间校验灯271常亮时，表明数据采集器与上位服务 器的内部时间一致。时间校验单元27的工作时机包括数据采集器每次加电或一段特定 时间内，时间校验单元27均自动向上位服务器校验时间，以保证多台数据采集器的时间一 致。若因为数据采集器故障而造成时间自校验无法进行时，时间校验指示灯271灭，提醒维 护人员，当数据采集器与上位服务器的内部时间不一致时，即使能够上传计量数据，也会因 为时间戳错误，造成该部分计量数据无效。电池29 用于维持数据采集器的内部时间；特别是数据采集器不能正常供电(电 源25出现故障)，或数据采集器与上位服务器网络连接中断时，可保证数据采集器与上位 服务器的内部时间一致。断点续传单元28 用于记录数据控制单元22向上位服务器上传计量数据时的状 态，并在数据传输过程中发生网络中断、或数据采集器出现故障时，可在网络恢复后接续上 传计量数据的过程。其中，在上传计量数据过程中，存储器指示灯241闪烁，可方便维护人 员观察采集器状态。采集器调试端口 20 为专业人员通过专业设备或访问内置的配置软件维护或调 试数据采集器提供操作接口。当上述单元提供的相关指示灯还不能排除数据采集器的故障 时，专业技术人员可利用该接口对数据采集器的故障进行诊断或维护。在本实用新型实施例的另一优选实施例中，数据采集器还设置有心跳包和心跳数 据指示灯，其中心跳包用于按预定的时间周期向上位服务器发送心跳数据，以保障与上位 服务器的长连接；心跳数据指示灯用于显示心跳包的工作状态，如，当心跳包向上位服务器发送心跳数据时，心跳数据指示灯处于闪烁状态。心跳包使数据采集器与上位服务器处于 长连接状态，从而使上位服务器能够主动访问和查询任意局域网内每个数据采集器的实时 数据。参照图3，示出了本实用新型利用具有故障自定位与自诊断功能的数据采集器进 行故障定位的方法实施例流程，具体包括以下步骤步骤301 检查电源指示灯是否正常显示？若是，则转步骤304 ；否则，转步骤 302 ；步骤302 检查数据采集器的供电情况，确保供电正常；步骤303 判断数据采集器是否可正常工作？若是，则结束流程；否则，转步骤 304 ；步骤304 检查网络指示灯是否正常？若是，则转步骤307 ；否则，转步骤305 ；本步骤中，网络指示灯包括网络连接指示灯和网络通讯指示灯；步骤305 检查数据采集器的网络连接以及局域网通讯情况；如果网络连接指示灯不正常(没有处于常亮状态)，说明数据采集器与本地局域 网的连接有问题，可检查连线情况；如果网络通讯指示灯不正常(没有处于闪烁状态)，说明与上位服务器的通讯有 问题，或没有数据上传至上位服务器，可检查数据采集器所在的局域网与上位服务器所在 的局域网连接是否正常；上述问题排除之后，转步骤306 ；步骤306 判断数据采集器是否可正常工作？若是，则结束流程；否则，转步骤 307 ；步骤307 检查EIA-485接口的连接指示灯是否正常？若是，则转步骤310 ；否则， 转步骤308 ；步骤308 检查EIA-485接口与末端计量设备的连接情况，确保连接正常；在该步骤中，需要检查的只是连接指示灯没有点亮的哪些线路及其相关的末端计 量设备，与现有技术需要检查所有末端计量设备相比，设备维护工作量明显减少；步骤309 判断数据采集器是否可正常工作？若是，则结束流程；否则，转步骤 310 ；步骤310 检查EIA-485接口的通讯指示灯是否正常？若是，则转步骤313 ；否则， 转步骤311 ；步骤311 检查EIA-485接口与末端计量设备的连接线序以及波特率匹配情况；如果它们之间的连接正负线序不正确，则更改连接线序；如果波特率不匹配，则调整末端计量设备或数据采集器的通讯波特率，使其通讯
频率保持一致；在本步骤中，需要检查的只是通讯指示灯没有闪烁的哪些线路及其相关的末端计 量设备；另外，通过步骤308的筛选，可进一步减少故障排除工作量；步骤312 判断数据采集器是否可正常工作？若是，则结束流程；否则，转步骤 313 ；步骤313 检查时间校验指示灯是否正常？若是，则转步骤316 ；否则，转步骤
8314 ；步骤314 强制执行与上位服务器的时间校验；在检查时间校验指示灯没有点亮的情况下，说明数据采集器与上位服务器的时间 不一致，需要调整数据采集器的时间，以保证上传的数据中包含的时间戳与上位服务器一 致；步骤315 判断数据采集器是否可正常工作？若是，则结束流程；否则，转步骤 316 ；步骤316 检查心跳指示灯是否正常？若是，则转步骤319 ；否则，转步骤317 ；步骤317 检查数据采集器所在的局域网与上位服务器所在的局域网连接情况， 确保网间通讯正常；心跳包要解决的是上位服务器主动访问和查询数据采集器的问题，使上位服务器 可以自由的查询每个数据采集器的实时数据；特别是当上位服务器在外网时，需要心跳包 持续发送心跳数据(心跳指示灯闪烁)，以保持网络的长连接状态。若出现网络故障，导致 心跳包不能正常发送，则心跳数据指示灯灭，提醒维护人员，此时外网服务器不能主动访问 和查询任意局域网内采集器数据问题，造成网络通讯异常；步骤318 判断数据采集器是否可正常工作？若是，则结束流程；否则，转步骤 319 ；步骤319 通过数据采集器的调试端口调试数据采集器；当上述所有步骤都不能解决数据采集问题时，需要专业人员通过专业设备或访问 数据采集器内置的配置软件进行维护及调试。通过上述步骤不难看出，与现有技术出现问题后非专业人员只能简单的检查电源 情况(上述步骤301 303)相比，本实用新型公开的具有故障自定位与自诊断功能的数据 采集器，可由非专业人员解决运行过程中出现的多数问题，或将上述检查情况报告给专业 人员，以进行电话支持解决故障，从而大大降低后期维护成本，提高运行维护效率。对于前述的各方法实施例，为了描述简单，故将其都表述为一系列的动作组合，但 是本领域的技术人员应该知悉，本实用新型并不受所描述的动作顺序的限制，因为根据本 实用新型，某些步骤可以采用其他顺序或同时执行。其次，本领域技术人员也应该知悉，上 述方法实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本实用新型所必须的。本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与 其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。以上对本实用新型所提供的一种具有故障自定位与自诊断功能的数据采集器进 行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上 实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一 般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式
及应用范围上均会有改变之处，综上 所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。
权利要求一种具有故障自定位与自诊断功能的数据采集器，包括电源、电源指示灯、数据控制单元、存储器和存储器指示灯，其特征在于，还包括网络通讯接口和计量设备连接端口，其中所述数据采集器通过所述计量设备连接端口与末端计量设备连接，通过所述网络通讯接口与上位服务器连接；所述数据控制单元通过所述计量设备连接端口从末端计量设备采集计量数据，存储至所述存储器，并通过所述网络通讯接口上传至所述上位服务器；所述网络通讯接口配置有显示所述数据采集器与上位服务器连接状态的网络连接指示灯和显示所述数据采集器与上位服务器通讯状态的网络通讯指示灯；所述计量设备连接端口配置有显示所述数据采集器与末端计量设备连接状态的计量设备连接指示灯和显示所述数据采集器与末端计量设备通讯状态的计量数据传输指示灯。
2.如权利要求1所述的数据采集器，其特征在于，所述计量设备连接端口为16路 EIA-485端口，波特率范围为1200bps 115200bps ；每个EIA-485端口仅与一个末端计量 设备连接。
3.如权利要求1所述的数据采集器，其特征在于，所述数据采集器还包括依据客户端 的请求查询并解析所述存储器保存的计量数据的数据解析服务单元，其中，所述客户端通 过所述网络通讯接口与数据采集器连接。
4.如权利要求1所述的数据采集器，其特征在于，所述数据采集器还包括当所述数据 采集器的电源出现故障时为所述数据采集器通过应急供电的电池.保证所述数据采集器 与上位服务器的内部时间一致的时间校验单元和显示所述时间校验单元工作状态的时间 校验指示灯。
5.如权利要求1所述的数据采集器，其特征在于，所述数据采集器还包括心跳包和心 跳数据指示灯，所述心跳包按预定的时间周期通过所述网络通讯接口向上位服务器发送心 跳数据，所述心跳数据指示灯与所述心跳包连接。
6.如权利要求1所述的数据采集器，其特征在于，数据采集器还包括与所述数据控制 单元连接的断点续传单元。
7.如权利要求1，4或5之一所述的数据采集器，其特征在于，所述指示灯为发光二极管。
8.如权利要求1所述的数据采集器，其特征在于，所述存储器为NOR闪存或NAND闪存。
9.如权利要求1所述的数据采集器，其特征在于，所述网络通讯接口为以太网接口。
10.如权利要求1所述的数据采集器，其特征在于，所述数据采集器还包括连接专业设 备或访问内置配置软件对所述数据采集器进行维护或调试的采集器调试端口。
专利摘要本实用新型提供了一种具有故障自定位与自诊断功能的数据采集器，包括电源、电源指示灯、数据控制单元、存储器、存储器指示灯、网络通讯接口和计量设备连接端口，其中数据采集器通过计量设备连接端口与末端计量设备连接，通过网络通讯接口与上位服务器连接；数据控制单元通过计量设备连接端口从末端计量设备采集计量数据，存储至所述存储器，并通过网络通讯接口上传至所述上位服务器；网络通讯接口和计量设备连接端口都配置有连接指示灯和通讯指示灯，用于显示所述数据采集器与上位服务器、末端计量设备的连接和通讯状态。针对故障指示灯的显示情况可进行相关设备或部位的故障诊断，从而大大降低了后期维护成本，提高运行维护效率。
文档编号G08C19/00GK201716848SQ20092027833
公开日2011年1月19日 申请日期2009年12月25日 优先权日2009年12月25日
发明者宋扬, 秘松波 申请人:北京泰豪智能工程有限公司